JP6625922B2

JP6625922B2 - 熱放散シート基材

Info

Publication number: JP6625922B2
Application number: JP2016068564A
Authority: JP
Inventors: 近藤　泰慶; 泰慶近藤; 重松　俊広; 俊広重松
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017183514A

Description

本発明は、電子、電気部品から発生する熱を放散するために用いられる熱放散シートの基材に関するものである。

ＩＣ、トランジスター、コンデンサー、電池等の電子、電気部品は、発熱しやすい。それらの電子、電気部品を実装した電子、電気機器内で、部品が発熱すると機器内に熱がこもり、電子、電気部品の性能を低下させる問題や寿命が短くなる問題や誤作動の問題等が発生している。そこで、これらの電子、電気部品から発生する熱を放散させるための熱放散シートが開発されている。

機器内において、実装した電子、電気部品の表面に熱放散シートの片面が貼り合わせられると共に、貼り合わせた熱放散シートの他面に、放熱フィン、ヒートシンク、金属カバーなどの放熱体が密着させられる。そして、電子、電気部品から発生する熱は、熱放散シートを介して放熱体へ伝えられ、放熱体から熱が放散される。

熱放散シートとしては、シリコンゴムに代表される高分子材料に、繊維状又は粉末状の熱伝導性フィラー（例えば、銀、銅、アルミニウム等の金属；アルミナ、窒化アルミ、窒化ボロン等のセラミック材料；炭素粉末、炭素繊維等の炭素材料）を添加し、シート状に成形した熱放散シートが用いられている。しかし、電子、電気機器の多機能化、高性能化に伴い、電子、電気部品等の小型化、高集積化、薄型化等が進んでいるため、各部品からの発熱が蓄積されて、今までよりも機器内の温度がより高くなるため、より効率の良い熱放散シートが求められている。例えば、ホットメルト系樹脂に熱伝導性フィラーを混合し、アルミ箔等の金属箔の両面にコーティングした構造の熱放散シート、炭素繊維をベースとする熱放散シートなどが開発されている。また、電磁遮蔽も併せ持つように、金属繊維シートに熱伝導性組成物を塗布してなる熱放散シートも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

これらの熱放散性シートには、効率の良い熱放散性という性能が必要とされる以外に、電子、電機機器へ貼り合わせる際に必要な柔軟性、圧縮性等の変形性を有することも必要とされている。しかしながら、上記の熱放散性シートでは、変形性に問題があった。

さらに、金属メッキが施されたプラスチック繊維からなる織物、不織布、編物に、熱伝導性組成物を塗布・含浸してなる熱放散シート等が提案されていて、プラスチック繊維を用いることによって変形性が改善されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、近年の各種電子、電気機器の小型化により、熱放散シートに対しても、省スペースで高効率の熱放散性を有するものが求められており、熱放散シートを薄型化することも要求されている。特許文献２では、使用されている織物、不織布、編物等が厚いため、薄型化に対応することができておらず、高効率かつ薄型化された熱放散シートの開発が望まれている。

特開２０００−１０１００４号公報特開２００３−１６６１５４号公報

本発明の課題は、上記実情を鑑みたものであって、熱放散シートにおける高効率の熱放散性と薄型化という要望に対応できる熱放散シート基材を提供することにある。

上記課題は、下記手段によって解決された。

（１）ポリエステル系短繊維の不織布からなり、全繊維の平均繊維径が５μｍ以下であり、かつ、平均繊維径が３μｍ以下の短繊維を必須成分として含有し、平均繊維径が５μｍ以下のバインダー用ポリエステル系短繊維２０〜８０質量％と平均繊維径が３μｍを超えて５μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維１〜７０質量％と平均繊維径が３μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維１０〜７９質量％とを含有してなる不織布であることを特徴とする熱放散シート基材。

本発明の熱放散シート基材は、ポリエステル系短繊維の不織布からなり、全繊維の平均繊維径が５μｍ以下であり、かつ、平均繊維径が３μｍ以下の短繊維を必須成分として含有することを特徴とする。本発明の熱放散シート基材は、緻密性及び均一性に優れている。これにより、本発明の熱放散シート基材（１）を用いてなる熱放散シートでは、厚みが薄くても、良好な熱放散性が実現できる。

以下、本発明の熱放散シート基材について詳説する。本発明の熱放散シート基材は、ポリエステル系短繊維の不織布であり、全繊維の平均繊維径が５μｍ以下であり、かつ、平均繊維径が３μｍ以下の短繊維を必須成分として含有することを特徴とする不織布からなる。本発明の熱放散シート基材は緻密性及び均一性に優れているため、本発明の熱放散シート基材を用いてなる熱放散シートでは、厚みが薄くても、良好な熱放散性が実現できる。なお、ポリエステル系短繊維の平均繊維径は、顕微鏡で３０００倍の拡大写真をとり、ポリエステル系短繊維１０本の繊維径の算術平均値をいう。

本発明の熱放散シート基材において、平均繊維径が５μｍ以下のバインダー用ポリエステル系短繊維２０〜８０質量％と平均繊維径が３μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維２０〜８０質量％を含有する不織布であることが好ましい。平均繊維径が５μｍ以下のバインダー用ポリエステル系短繊維量が不織布全体の２０質量％未満であると、基材として必要な強度が発現しなくなることがあり、８０質量％を超えると、均一性を損なう場合がある。さらに、強度と均一性のバランスを取るために、平均繊維径が３μｍを超えて５μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維を含むことがより好ましい。この場合、各繊維の好ましい含有量は、平均繊維径が５μｍ以下のバインダー用ポリエステル系短繊維が２０〜８０質量％、平均繊維径が３μｍを超えて５μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維が１〜７０質量％、平均繊維径が３μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維が１０〜７９質量％である。

上記のポリエステル系短繊維を熱融着短繊維として用いる際は、従来の熱融着乾式不織布や熱融着湿式不織布に使用されている芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型の複合繊維、あるいは単一成分タイプなどが挙げられるが、均一性を得るという点から特に単一成分タイプの融着繊維であることが好ましい。

本発明の熱放散シート基材に係わるポリエステル系短繊維としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート系繊維、ポリブチレンテレフタレート系繊維、ポリトリメチレンテレフタレート系繊維、ポリエチレンナフタレート系繊維、ポリブチレンナフタレート系繊維、ポリエチレンイソフタレート系繊維などが挙げられる。これらは、単独又は２種類以上を併用しても良い。これらの中でも、熱放散シート基材に使用する場合には、耐熱性に優れているポリエチレンテレフタレート系繊維から構成されていることが好ましい。本発明の熱放散シート基材は、金属メッキ、熱伝導性組成物の塗工、金属フィルムの貼り合わせ等の熱伝導性付与処理によって、熱放散シートとなるが、ポリエステル系短繊維で構成されているため、耐熱性が高く、劣化が進行し難く、熱伝導性付与処理による繊維の損傷が少ない。また、熱伝導性付与処理によって、繊維表面に付着したメッキ金属、熱伝導性組成物、金属フィルム等との接着性にも優れている。これらの熱伝導性付与処理は、１つの処理だけを用いても良いし、複数の処理を用いても良い。

本発明の熱放散シート基材に係わるポリエステル系短繊維の全繊維の平均繊維径が５μｍ以下であり、かつ、平均繊維径が３μｍ以下の短繊維を必須成分として含有することを特徴とする。この特徴によって、緻密性及び均一性が向上し、厚みが薄くても、良好な熱放散性を実現できる。

本発明の熱放散シート基材の厚みは７〜５０μｍであることが好ましく、目付け（坪量）は６〜３０ｇ／ｍ^２であるのが好ましい。３０ｇ／ｍ^２を超えても良いが、薄型の熱放散シートのためには、３０ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。６ｇ／ｍ^２未満であると、均一性を得ることが難しくなり、熱放散性の効果に大きなバラつきが発生しやすくなる傾向がある。より好ましくい目付けは８〜２０ｇ／ｍ^２である。なお、目付けはＪＩＳＰ８１２４（紙及び板紙−坪量測定法）に規定された方法に基づく坪量を意味する。

本発明の熱放散シート基材において、不織布の製造方法としては、繊維ウェブを形成し、繊維ウェブ内の繊維を接着・融着・絡合させる方法を用いることができる。得られた不織布は、そのまま使用しても良いし、複数枚からなる積層体として使用することもできる。繊維ウェブの製造方法としては、例えば、カード法、エアレイ法等の乾式法、抄紙法等の湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法、静電紡糸法等がある。このうち、湿式法によって得られるウェブは、均質かつ緻密であり、熱放散シート基材として好適に用いることができる。湿式法は、繊維を水中に分散して均一な抄紙スラリーとし、この抄紙スラリーを円網、長網、傾斜式等のワイヤーの少なくとも１つを有する抄紙機を用いて、繊維ウェブを得る方法である。

繊維ウェブから不織布を製造する方法としては、水流交絡法、ニードルパンチ法、バインダー接着法等を使用することができる。特に均一性を重視して前記湿式抄紙を用いる場合、バインダー接着法を施してバインダー用ポリエステル系繊維を接着することが好ましい。バインダー接着法により、均一なウェブから均一な不織布が形成される。このようにして製造した湿式不織布に対して、カレンダーなどによって圧力を加えて、厚さを調整したり、あるいは厚さを均一化したりすることが好ましい。ただし、バインダー用ポリエステル系繊維が皮膜化しない温度（バインダー用ポリエステル系繊維の融点よりも２０℃以上低い温度）で加圧するのが好ましい。

本発明の熱放散シート基材において、湿式法で不織布を製造する場合、ポリエステル系短繊維の繊維長としては、１〜７ｍｍが好ましい。繊維長が７ｍｍを超えた場合、平均繊維径との兼ね合いから湿式法では繊維の分散が難しくなることがあり、地合不良等が発生し、良好な繊維ウェブの形成ができなくなるといった問題が生じることがある。一方、繊維長が１ｍｍ未満では、熱放散シート基材の機械的強度が小さくなることがある。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定される
ものではない。なお、実施例中における、部は断りのない限り、すべて質量によるもので
ある。なお、実施例１〜５、１０、１１は参考例である。

実施例１
繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系短繊維５０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維５０部を一緒に混合し、パルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを、傾斜式抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１３０℃のシリンダードライヤーによって乾燥させ、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３０μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例２
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維８０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維２０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ２８μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例３
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維９０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維１０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ２６μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例４
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維２０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維８０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３１μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例５
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維９０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３０μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例６
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維４０部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維２０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維４０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３０μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例７
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長５ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維４０部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長７ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維５０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３２μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例８
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維２０部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長５ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維２０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維６０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３２μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例９
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１０部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維７０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維２０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ２９μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例１０
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維５部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維７５部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維２０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３２μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例１１
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維８５部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維５部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維１０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ２６μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例１２
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維７９部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維２０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１１ｇ／ｍ^２、厚さ２７μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例１３
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１０部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維８０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３２μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

実施例１４
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１９部、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維１部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維８０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３１μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

比較例１
繊維配合を、繊度０．３３ｄｔｅｘ（平均繊維径５．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維５０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維５０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３３μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

比較例２
繊維配合を、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維５０部、繊度１．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径１１μｍ）、繊維長５ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維５０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１３ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

比較例３
繊維配合を、繊度０．０６６ｄｔｅｘ（平均繊維径２．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維４０部、繊度０．３３ｄｔｅｘ（平均繊維径５．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維２０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維４０部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３１μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

比較例４
繊維配合を、繊度０．１１ｄｔｅｘ（平均繊維径３．５μｍ）、繊維長３ｍｍの配向結晶化させたＰＥＴ系短繊維５０部、繊度０．２２ｄｔｅｘ（平均繊維径４．５μｍ）、繊維長３ｍｍのバインダー用ＰＥＴ系短繊維５０部にした以外は、実施例１と同様の方法で、坪量１２ｇ／ｍ^２、厚さ３１μｍの不織布を作製し、熱放散シート基材とした。

（熱放散シートの作製）
実施例及び比較例の熱放散シート基材に、金属メッキとして無電解銅メッキを施した。次に、アクリル系粘着剤（固形分４５％）３０部、窒化硼素（粒径１５〜３０μｍ）５０部、トルエン５０部を混合してなる熱伝導性組成物を、金属メッキ処理を施した後の熱放散シート基材にナイフコーターを使用して付与し、トルエンを乾燥除去して、熱放散シートを作製した。

（熱伝導率の評価）
作製した熱放散シートについて、迅速熱伝導率計（ＫｅｍｔｈｅｒｍＱＴＭ−Ｄ３：京都電子工業株式会社製）で熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を測定し、比較例１の熱伝導率を１として、その相対値について、下記基準で評価した。

基準
「○」比較例１の熱伝導率を１とした場合、１．５以上
「△」比較例１の熱伝導率を１とした場合、１．１以上１．５未満
「×」比較例１の熱伝導率を１とした場合、１．１未満

実施例１〜１４及び比較例１〜４の熱放散シート基材は、いずれも厚さ２５〜３５μｍの範囲であり、薄膜化に対応できている。実施例１〜１４の熱放散シート基材を用いた熱放散シートは、比較例１〜４の熱放散シート基材を用いた熱放散シートと比較して、高い熱伝導率を示すことが確認できた。また、実施例１〜１４を比較すると、本発明の熱放散シート基材（２）と本発明の熱放散シート基材（３）を用いた熱放散シートは、より高い熱伝導率を示すことが確認できた（実施例１、２、４、６〜９、１２〜１４）。

本発明の活用例としては、ＩＣ、トランジスター、コンデンサー、電池等の電子、電気部品は、発熱しやすい。それらの電子、電気部品を実装した電子、電気機器内における熱放散シートが好適である。

Claims

ポリエステル系短繊維の不織布からなり、全繊維の平均繊維径が５μｍ以下であり、かつ、平均繊維径が３μｍ以下の短繊維を必須成分として含有し、平均繊維径が５μｍ以下のバインダー用ポリエステル系短繊維２０〜８０質量％と平均繊維径が３μｍを超えて５μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維１〜７０質量％と平均繊維径が３μｍ以下の配向結晶化ポリエステル系短繊維１０〜７９質量％とを含有してなる不織布であることを特徴とする熱放散シート基材。